KR102684617B1 - Automotive MIMO Radar Sensor - Google Patents
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Abstract
본 발명은, y 방향 및 z 방향을 규정하는 에지들을 갖는 직사각형 회로 기판(16) 상의 안테나 배열체(10)를 구비한 자동차용 MIMO 레이더 센서에 관한 것이며, 이때 상기 안테나 배열체는 송신 안테나들(TX)의 2개 이상의 어레이들(TA1, TA2)과 수신 안테나들(RX)의 2개 이상의 어레이들(RA1, RA2)을 포함하고, 각각의 어레이 내의 송신 안테나들(TX)이 z 방향으로 서로 오프셋되는 반면, 송신 안테나들의 2개의 어레이들(TA1, TA2)은 y 방향으로 서로 오프셋되며, 각각의 어레이 내의 수신 안테나들(RX)이 y 방향으로 서로 오프셋되는 반면, 수신 안테나들의 2개의 어레이들(RA1, RA2)은 z 방향으로 서로 오프셋되고, 이때 상기 자동차용 MIMO 레이더 센서는, 송신 안테나들의 2개의 어레이들(TA1, TA2)이 회로 기판(16)의 서로 대향 배치된 2개의 에지들에 인접하게 배열되고, 수신 안테나들의 2개의 어레이들(RA1, RA2)이 회로 기판(16)의 나머지 2개의 에지들에 인접하게 배열되며, 회로 기판(16)의 중앙 영역에서 송신 및 수신 안테나들의 어레이들 사이에서는 하나 이상의 고주파 모듈(18)이 회로 기판 상에 배열되는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to an automotive MIMO radar sensor having an antenna array (10) on a rectangular circuit board (16) with edges defining y and z directions, wherein the antenna array comprises transmit antennas ( It includes two or more arrays (TA1, TA2) of receiving antennas (TX) and two or more arrays (RA1, RA2) of receiving antennas (RX), and the transmitting antennas (TX) in each array are connected to each other in the z direction. The two arrays of transmit antennas (TA1, TA2) are offset from each other in the y direction, while the receive antennas (RX) in each array are offset from each other in the y direction. (RA1, RA2) are offset from each other in the z direction, wherein the automotive MIMO radar sensor has two arrays of transmitting antennas (TA1, TA2) positioned at two opposite edges of the circuit board 16. Arranged adjacently, two arrays of receive antennas RA1, RA2 are arranged adjacent to the remaining two edges of the circuit board 16, and an array of transmit and receive antennas in the central region of the circuit board 16. Between them, one or more high-frequency modules 18 are arranged on a circuit board.
Description
본 발명은, y 방향 및 z 방향을 규정하는 에지들을 갖는 직사각형 회로 기판 상의 안테나 배열체를 구비한 자동차용 MIMO 레이더 센서에 관한 것이며, 이때 이러한 안테나 배열체는 송신 안테나들의 2개 이상의 어레이들과 수신 안테나들의 2개 이상의 어레이들을 포함하고, 각각의 어레이 내의 송신 안테나들이 z 방향으로 서로 오프셋되는 반면, 송신 안테나들의 2개의 어레이들은 y 방향으로 서로 오프셋되며, 각각의 어레이 내의 수신 안테나들이 y 방향으로 서로 오프셋되는 반면, 수신 안테나들의 2개의 어레이들은 z 방향으로 서로 오프셋된다.The present invention relates to an automotive MIMO radar sensor having an antenna array on a rectangular circuit board with edges defining y and z directions, wherein the antenna array includes two or more arrays of transmit antennas and receive antennas. comprising two or more arrays of antennas, wherein the transmit antennas in each array are offset from each other in the z direction, while the two arrays of transmit antennas are offset from each other in the y direction, and the receive antennas in each array are offset from each other in the y direction. While offset, the two arrays of receive antennas are offset from each other in the z direction.
레이더 센서들은 자동차용 운전자 보조 시스템들 또는 차량 자율 주행 시스템들에서 주변 모니터링을 위해, 특히 다른 차량들의 그리고 마찬가지로 정지 대상물들의 간격, 상대 속도 및 방향각을 측정하기 위해 사용된다. 대상물의 방위각, 즉 수평면에서 대상물에 대한 시선과 차량 전방 방향 사이의 각도를 검출하는 것 외에, 통상적으로 앙각, 즉 대상물에 대한 시선과 수평면 사이의 각도를 검출하는 것도 필요하다. 예를 들어, 앙각은 목표물의 적합성에 대한 판단, 즉 목표물을 윗쪽으로 주행 가능한지 또는 아랫쪽으로 주행 가능한지(예를 들어, 교각)의 여부 또는 목표물이 실제 장애물인지 여부에 대한 판단을 가능하게 한다.Radar sensors are used in automotive driver assistance systems or vehicle autonomous driving systems for surrounding monitoring, in particular to measure the distance, relative speed and heading angle of other vehicles and likewise of stationary objects. In addition to detecting the azimuth of the object, that is, the angle between the line of sight to the object in the horizontal plane and the front direction of the vehicle, it is usually also necessary to detect the elevation angle, that is, the angle between the line of sight to the object and the horizontal plane. For example, the elevation angle makes it possible to determine the suitability of the target, that is, whether the target can be driven upward or downward (e.g., a bridge pier), or whether the target is an actual obstacle.
목표물의 방위각 및 앙각은 안테나 어레이의 복수의 송신 및/또는 수신 안테나들 간의 진폭차 및/또는 위상차로부터 산출될 수 있다. 복수의 송신 안테나들 및 복수의 수신 안테나들이 사용되는 경우, 이를 "Multiple-Input-Multiple-Output(MIMO) 시스템"이라고 한다. 이로 인해, (가상) 안테나 개구면이 확대되고, 이에 따라 각도 정확성 및 각도 분해능이 개선된다.The azimuth and elevation angles of the target may be calculated from the amplitude difference and/or phase difference between the plurality of transmitting and/or receiving antennas of the antenna array. When multiple transmit antennas and multiple receive antennas are used, this is called a “Multiple-Input-Multiple-Output (MIMO) system.” This enlarges the (virtual) antenna aperture and thus improves angular accuracy and angular resolution.
방위각 추정을 위해, 개별 수신 안테나들에 의해 수신된 신호들이 별도의 평가 채널들에서 평가되어야 한다. 주어진 수의 평가 채널들에서 방위각의 각도 정확성 및 각도 분해능을 개선하기 위해, 통상적으로 레이더 전파의 파장 절반(λ/2)보다 큰, 개별 안테나들간 간격이 선택된다. 그러나, 이로 인해 모호성이 발생할 수 있으며, 이러한 모호성은 별도의 안테나 어레이에 의해 또는 다른 방법들에 의해, 예를 들어, 위치 확인된 목표물들의 더 장기간에 걸친 추적을 통해 해결되어야 한다.For azimuth estimation, signals received by individual receive antennas must be evaluated in separate evaluation channels. To improve azimuth angular accuracy and angular resolution for a given number of evaluation channels, a spacing between the individual antennas is typically chosen, which is greater than half the wavelength of the radar propagation (λ/2). However, this may lead to ambiguities, which must be resolved by separate antenna arrays or by other methods, for example through longer-term tracking of located targets.
통상의 FMCW 레이더 센서들에서, 송신되는 레이더 신호의 주파수는 램프 형태로 변조된다. 수신되는 신호는 수신 시점에 송신되는 신호의 성분과 혼합되므로, 송신되는 신호와 수신되는 신호 간의 주파수 차이에 상응하는 주파수를 갖는 중간 주파수 신호가 얻어진다. 이러한 주파수 차이는 주파수 변조로 인해 신호 전파 시간에 좌우되고, 도플러 효과로 인해 대상물의 상대 속도에도 좌우되므로, 상이한 기울기를 갖는 램프들이 진행되는 복수의 측정 주기로 대상물의 간격 및 상대 속도에 대한 정보가 얻어진다. 하나의 측정 주기 동안 기록된 중간 주파수 신호는 고속 푸리에 변환(FFT)을 통해, 위치 확인된 각각의 대상물이 특정 주파수 빈 내의 피크를 통해 특징화되는 스펙트럼으로 변환된다.In typical FMCW radar sensors, the frequency of the transmitted radar signal is modulated in the form of a ramp. The received signal is mixed with components of the transmitted signal at the time of reception, so that an intermediate frequency signal is obtained with a frequency corresponding to the frequency difference between the transmitted signal and the received signal. Since this frequency difference depends on the signal propagation time due to frequency modulation and the relative speed of the object due to the Doppler effect, information on the spacing and relative speed of the object is obtained through multiple measurement cycles in which ramps with different slopes progress. Lose. The intermediate frequency signals recorded during one measurement cycle are converted via fast Fourier transform (FFT) into a spectrum in which each located object is characterized by peaks within specific frequency bins.
각도 추정을 위해, 상이한 수신 안테나들로부터 얻어진 신호들의 진폭 관계 및 위상 관계가 특징화된 방식으로 대상물의 각도에 좌우되는 상태가 활용된다. 예를 들어, 대상물에 대해 실제로 측정된 진폭 관계 및 위상 관계가, 상이한 각도 가설들에 대한 이론적 진폭 관계 및 위상 관계와 얼마나 강한 상관 관계가 있는지를 나타내는 소위 DML 함수(Deterministic Maximum Likelihood Function)가 산출된다. 이때, 상관 관계가 가장 강한 각도 가설은 대상물의 각도에 대한 최상의 추정값을 나타낸다.For angle estimation, the amplitude relationship and phase relationship of signals obtained from different receiving antennas, which depend on the angle of the object, are exploited in a characterized way. For example, the so-called DML function (Deterministic Maximum Likelihood Function) is calculated, which indicates how strongly the actually measured amplitude relationship and phase relationship for an object are correlated with the theoretical amplitude relationship and phase relationship for different angle hypotheses. . At this time, the angle hypothesis with the strongest correlation represents the best estimate of the object's angle.
가능한 큰 각도 분해능을 달성하기 위해, 안테나 배열체는 전체적으로 y 방향뿐만 아니라 z 방향으로도, 가능한 큰 개구면 또는 적어도 가능한 큰 가상 개구면을 구비해야 한다. 안테나 배열체는 이에 따라 비교적 큰 치수를 가져야 하므로, 이에 상응하는 크기의 회로 기판이 필요하다. 이러한 회로 기판은 고주파에 적합한 고가의 재료로 구성되어야 하므로, 비용 증가가 야기된다.In order to achieve as large an angular resolution as possible, the antenna array as a whole should have as large an aperture as possible, or at least as large a virtual aperture as possible, not only in the y direction but also in the z direction. Since the antenna array must therefore have relatively large dimensions, a circuit board of corresponding size is required. These circuit boards must be made of expensive materials suitable for high frequencies, resulting in increased costs.
본 발명의 과제는, 방위각 및 앙각에서의 높은 각도 분해능을 가능하게 하면서도, 콤팩트한 회로 기판 상에 배치될 수 있는 안테나 배열체를 제공하는 것이다.The object of the present invention is to provide an antenna array that can be placed on a compact circuit board while enabling high angular resolution in azimuth and elevation.
본 발명에 따라, 이러한 과제는, 송신 안테나들의 2개의 어레이들이 회로 기판의 서로 대향 배치된 2개의 에지들에 인접하게 배열되고, 수신 안테나들의 2개의 어레이들이 회로 기판의 나머지 2개의 에지들에 인접하게 배열되며, 회로 기판의 중앙 영역에서 송신 및 수신 안테나들의 어레이들 사이에서는 하나 이상의 고주파 모듈이 회로 기판 상에 배열됨으로써 해결된다.According to the present invention, this task is accomplished by arranging two arrays of transmit antennas adjacent to two oppositely disposed edges of a circuit board and two arrays of receive antennas adjacent to the remaining two edges of a circuit board. This is achieved by arranging one or more high-frequency modules on the circuit board between the arrays of transmitting and receiving antennas in the central area of the circuit board.
이러한 배열에서 안테나 어레이들의 외부 테두리들은, 회로 기판 테두리와 안테나 패치들 간의 어느 정도의 최소 간격을 고려하여 직사각형 회로 기판의 형태 및 치수를 사전 설정하는 직사각형 프레임을 형성한다. 이러한 방식으로, 직사각형 회로 기판 상에서 가용한 공간은, 방위각 및 앙각에서의 큰 개구면을 구비한 안테나 배열체에 최적으로 사용될 수 있다. 이 경우, 개별 안테나들 간의 정확한 간격들의 선택과 관련하여 높은 설계 자유도가 존재하므로, 안테나 어레이들은 원하는 각도 분해능 및 각도 추정의 명확성에 따라 구성될 수 있다.In this arrangement, the outer borders of the antenna arrays form a rectangular frame that predefines the shape and dimensions of the rectangular circuit board, taking into account some minimum spacing between the circuit board border and the antenna patches. In this way, the space available on a rectangular circuit board can be optimally used for an antenna array with a large aperture in azimuth and elevation. In this case, there is a high degree of design freedom regarding the choice of precise spacings between the individual antennas, so that the antenna arrays can be configured according to the desired angular resolution and clarity of angle estimation.
회로 기판의 중심 영역에는 안테나 어레이들에 필요하지 않은 공간이 남아 있다. 이러한 가용한 공간은 레이더 센서의 송신 및 수신 회로들을 형성하는 하나 이상의 고주파 모듈에 사용된다. 이로 인해, 회로 기판 상에서의 공간 활용이 더욱 최적화된다.There is space left in the central area of the circuit board that is not needed for antenna arrays. This available space is used for one or more high-frequency modules forming the transmitting and receiving circuits of the radar sensor. This further optimizes space utilization on the circuit board.
일 실시예에서, y 방향은 방위각 방향이다. 이 경우, 예를 들어 수신 안테나들은 회로 기판의 상부 테두리 및 하부 테두리를 따라 연장되는 2개의 어레이들을 형성할 수 있는 반면, 송신 안테나들은 회로 기판의 측면 테두리들을 따라 연장되는 2개의 어레이들을 형성할 수 있다. 이 경우, 일 실시예에서, 송신 안테나들은 z 방향으로 수신 안테나들의 2개의 어레이들 간의 중간 영역 내에 위치할 수 있다. 그러나, 다른 일 실시예에서, 송신 안테나들은 수신 안테나들의 어레이들 옆에서 나란히 배열될 수도 있으므로, 송신 안테나들은 z 방향으로 회로 기판 상에서 가용한 전체 공간을 활용할 수 있다.In one embodiment, the y direction is the azimuthal direction. In this case, for example, the receiving antennas may form two arrays extending along the upper and lower edges of the circuit board, while the transmitting antennas may form two arrays extending along the side edges of the circuit board. there is. In this case, in one embodiment, the transmit antennas may be located within an intermediate region between two arrays of receive antennas in the z direction. However, in another embodiment, the transmit antennas may be arranged side by side next to the arrays of receive antennas, so that the transmit antennas can utilize the entire space available on the circuit board in the z direction.
하기에는, 실시예들이 도면을 참조하여 더 상세히 설명된다.Below, embodiments are described in more detail with reference to the drawings.
도 1은 레이더 센서의 안테나 배열체 및 이러한 안테나 배열체에 의해 위치 확인될 대상물의 개략적인 도면이고,
도 2는 상이한 신호 전파 경로를 도시하기 위한, 도 1과 유사한 다이어그램이며,
도 3은 도 1에 따른 안테나 배열체의 정면도이고, 그리고
도 4는 추가의 일 실시예에 따른 안테나 배열체의 도면이다.1 is a schematic diagram of an antenna array of a radar sensor and an object to be located by this antenna array;
Figure 2 is a diagram similar to Figure 1 to illustrate different signal propagation paths;
Figure 3 is a front view of the antenna arrangement according to Figure 1, and
Figure 4 is a diagram of an antenna array according to a further embodiment.
도 1에는 대상물들의 간격, 상대 속도 및 방향각을 측정하는 데 사용되는 레이더 센서의 안테나 배열체(10)와 제어 및 평가 장치(12)가 도시되어 있다. 예시적으로, 본 도면에는 하나의 개별 대상물(14)이 도시되어 있다. 예를 들어, 레이더 센서는 도시되지 않은 자동차의 전방 부분에 설치되며, 특히 선행하여 주행하는 차량들이나 차량 전방 영역의 다른 대상물들을 검출하는 데 사용된다.Figure 1 shows an
특히, 본 도면에 도시된 레이더 센서는 대상물(14)의 방위각(θ)뿐만 아니라 앙각(φ)도 추정되는 2차원 각도 추정을 위해 형성된다. 이 경우, 앙각(φ)은 레이더 센서의 중심으로부터 대상물(14)까지의 시선(S)과; 차량 전방 방향(x) 및 측방향(y)에 걸쳐있는 방위각 평면(수평면)(P); 사이의 각도로 정의된다. 방위각(θ)은 방위각 평면(P) 상의 시선(S)의 수직 투영선과 전방 방향(x) 사이의 각도로 정의된다. 이 경우, 레이더 센서는 y 방향으로(방위각 측정) 그리고 z 방향으로(앙각 측정) 각도 분해능을 갖는다.In particular, the radar sensor shown in this figure is formed for two-dimensional angle estimation in which not only the azimuth angle (θ) of the
본 도면에 도시된 예시에서, 안테나 배열체(10)는 직사각형 회로 기판(16) 상에 형성되는, 각각 8개의 수신 안테나들(RX)을 갖는 2개의 어레이들 "RA1", "RA2"와, 각각 4개의 송신 안테나들(TX)을 갖는 2개의 어레이들 "TA1", "TA2"을 포함한다. 회로 기판의 에지들은 y 방향 및 z 방향으로 연장된다.In the example shown in this figure, the
각각의 어레이의 수신 안테나들(RX)은, y 방향으로 연장되는 일 직선 상에 일정한 간격으로 배열된다. 이에 따라, 수신 안테나들은 소위 ULA(Uniform Linear Array)를 형성한다. 이러한 예시에서, 송신 안테나들(TX)은 수신 안테나들과는 별도로 형성되고[바이스태틱(bistatic) 안테나 개념], y 방향뿐만 아니라 z 방향으로도 수신 안테나들에 대해 오프셋되어 배열된다.The receiving antennas (RX) of each array are arranged at regular intervals on a straight line extending in the y direction. Accordingly, the receiving antennas form a so-called Uniform Linear Array (ULA). In this example, the transmit antennas TX are formed separately from the receive antennas (bistatic antenna concept) and are arranged offset with respect to the receive antennas not only in the y direction but also in the z direction.
실제로는 도 1의 개략적인 도면에서보다 안테나 장치(10)로부터 훨씬 더 멀리 떨어져 있는 대상물(14)은 모든 송신 및 수신 안테나들의 송신 및 수신 로브(lobe)들 내에 위치하므로, 송신 안테나들(TX) 중 어느 하나의 송신 안테나로부터 방출되어 대상물(14)에 반사된 레이더 신호가 수신 안테나들(RX) 각각에 의해 수신될 수 있다.In reality, the
예시적으로, 도 2에는 송신 안테나들(TX) 중 하나의 송신 안테나로부터 대상물(14)로 그리고 그로부터 다시 수신 안테나들(RX) 중 하나의 수신 안테나로 안내되는 하나의 신호 전파 경로가 실선으로 도시되어 있으며, 다른 한 쌍의 송신 및 수신 안테나들의 대한 하나의 신호 전파 경로가 파선으로 도시되어 있다. 이 경우, 레이더 신호가 송신 안테나의 위상 중심(해당 안테나 그룹의 중심 지점)으로부터 시작하여 수신 안테나의 상응하는 위상 중심을 향해 진행하는 것으로 단순 가정할 수 있다.By way of example, in FIG. 2 , one signal propagation path guided from the transmitting antenna of one of the transmitting antennas (TX) to the
회로 기판(16)의 중심에는, 송신 안테나들에 대한 송신 신호들을 생성하는 송신부(20)와; 분리된 수신 채널들 내에서 수신 안테나들(RX)로부터 신호들을 수신하여 중간 주파수 대역으로 다운 믹싱(down mixing)하고, 이와 같이 얻어진 중간 주파수 신호들을 제어 및 평가 장치(12)로 전송하는 수신부(22);를 구비한 고주파 모듈(18), 예를 들어 MMIC(Monolithic Microwave Integrated Circuit)가 배열된다. 이곳에서 신호들은 하나의 측정 주기에 걸쳐 특정 샘플링 속도로 기록되고 디지털화된다. 이러한 방식으로, 디지털화된 수신 신호들이 얻어진 이후, 프로세서(24)에서 추가로 평가된다. 프로세서(24)는 고주파 모듈(18)도 제어하고, 특히 송신 안테나들(TX) 중 어느 송신 안테나가 언제 송신을 실행하는지를 결정한다.At the center of the
송신 및 수신 안테나들의 오프셋으로 인해, 도 2에 그들 중 2개만이 예시적으로 도시되어 있는 신호 전파 경로들은 송신 안테나 및 수신 안테나의 각각의 쌍에 대해 상이한 길이를 갖는다. 안테나 배열체(10)와 대상물(14) 사이의 큰 간격으로 인해, 레이더 전파가 평면파로서 방출되고, 마찬가지로 평면파로서 재수신되는 것으로 일반적으로 가정할 수 있지만, 신호 경로들의 상이한 길이는, 4개의 수신 채널들에서 수신된 신호들의 진폭과 위상에 있어서의 특징화된 차이점들을 야기한다. 이러한 차이점들은 송신 및 수신 안테나들의 쌍과, 대상물(14)의 방위각(θ)및 앙각(φ)에 좌우된다. 이러한 효과는 대상물의 방위각 및 앙각의 추정을 위해 프로세서(24) 내에서 데이터를 디지털 평가하는 경우에 사용된다.Due to the offset of the transmit and receive antennas, the signal propagation paths, only two of which are shown by way of example in Figure 2, have different lengths for each pair of transmit and receive antennas. Due to the large gap between the
도 3에는 안테나 배열체(10)가 더 상세히 도시되어 있다. 송신 안테나들(TX)뿐만 아니라 수신 안테나들(RX)도 각각 안테나 그룹으로 형성되고, 도시된 예시에서는 각각 8개의 안테나 요소들 또는 패치들(26)을 구비한, 수직으로(z 방향으로) 연장되는 2개의 칼럼(column)들로 구성된다. 송신 안테나들(TX) 각각에서, 패치들(26)에는 송신부(20)로부터 제공되는 동위상 송신 신호들이 공급된다. 이 경우, 패치들(26)의 칼럼 형태의 배열을 통해, 특히 앙각으로의 방출 레이더 빔의 집속이 달성된다. 안테나 그룹의 위상 중심들(28)은 도 3에 검은색 정사각형으로 표시되어 있다.In Figure 3 the
이러한 예시에서 수신 안테나들(RX)은 마찬가지로 송신 안테나들 내의 패치들과 동일한 배열을 갖는 패치들(26)로 구성된다. 각각의 개별 수신 안테나의 경우, 개별 패치들(26)에 의해 수신된 신호들은 도시되지 않은 신호 라인들을 통해, 상이한 패치들의 신호들 간의 위상 관계가 변경되는 일 없이, 단일 신호로 통합된다. 이에 따라, 이러한 예시에서 수신 안테나들의 수신 로브들은 송신 안테나들의 송신 로브들과 동일한 형태를 갖는다.In this example, the receiving antennas (RX) are likewise composed of
송신 안테나들 및 수신 안테나들의 패치들(26)은 정사각형이고, 에지 길이가 λ/4이며, 이때 "λ"은 방출된 레이더 전파들의 (평균) 파장이다. 각각의 안테나 그룹 내의 패치와 패치의 간격은 수평으로뿐만 아니라 수직으로도 λ/2이다. 각각의 어레이 "RA1", "RA2"의 8개의 수신 안테나들(RX)은 2λ의 간격들로 배열되고, 즉 2개의 인접한 수신 안테나들의 위상 중심들 간의 y 방향으로의 간격은 2λ이다. z 방향으로 각각의 어레이의 안테나들은 동일한 높이에 위치한다. 이에 따라, 어레이 "RA1"의 안테나들의 상부 테두리들은 모두 회로 기판(16)의 상부 테두리에 대해 동일한 간격 "dz1"을 갖고, 이에 상응하게 어레이 "RA2"의 안테나들의 하부 테두리들은 모두 회로 기판의 하부 테두리에 대해 동일한 간격 "dz2"를 갖는다.The
송신 안테나들 "TX"의 어레이들 "TA1", "TA2"는 z 방향으로 완전히 수신 안테나들의 어레이들 "RA1", "RA2" 사이의 중간 영역 내에 위치한다. 각각의 어레이 내에서 4개의 송신 안테나들은 z 방향으로 서로 오프셋되어 있으며, y 방향으로 동일한 높이에 위치하는 두 쌍의 안테나들을 형성한다. 이에 따라, 어레이 "TA1"의 2개의 외측 안테나들의 좌측 테두리들은 회로 기판(16)의 좌측 테두리에 대해 동일한 간격 "dy1"을 갖는다. 마찬가지로, 어레이 "TA2"의 2개의 외측 안테나들의 우측 테두리들은 회로 기판의 우측 테두리에 대해 동일한 간격 "dy2"를 갖는다. 안테나들의 서로에 대한 오프셋들은 상이하지만, y 방향뿐만 아니라 z 방향으로도 각각 λ/2의 정수배이다. 또한, 2개의 어레이들 "TA1" 및 "TA2" 내의 오프셋들이 일치하므로, 어레이 "TA2"는 어레이 "TA1"의 변위된 복사본이다.Arrays “TA1”, “TA2” of transmit antennas “TX” are located completely in the z-direction in the intermediate area between arrays “RA1”, “RA2” of receive antennas. Within each array, four transmit antennas are offset from each other in the z-direction, forming two pairs of antennas located at the same height in the y-direction. Accordingly, the left edges of the two outer antennas of the array "TA1" have the same spacing "dy1" with respect to the left edge of the
첫번째 측정 주기에서, 2개의 어레이들 중 하나의 어레이의 송신 안테나들 "TX" 중 하나의 송신 안테나에 의해서만 송신이 실행된다. 이후, 후속 측정 주기에서 다른 하나의 안테나 "TX2"에 의해 송신이 실행되면, 파동 전파와 관련하여 이 경우 발생하는 상황은, 첫번째 안테나에 의해 송신이 실행되지만, 상기 두 송신 안테나들에 의해 모든 수신 안테나들 "RX"가 동일한 크기만큼 그리고 서로 반대 방향으로 오프셋되는 경우와 대등하다. 이제 8개의 송신 안테나들 "TX" 모두가 차례로 활성화되면, 2개의 어레이들 "RA1" 및 "RA2"의 서로 오프셋된 8개의 복사본들로 구성된 가상 수신 어레이가 얻어진다. 이와 같이, y 방향뿐만 아니라 z 방향으로도 현저한 개구면 확대가 달성되므로, 더욱 간명한 위상차가 나타나고, 이에 따라 더욱 명확한 각도 분해가 구현된다.In the first measurement cycle, transmission is performed only by one of the transmit antennas “TX” of one of the two arrays. Then, in the subsequent measurement cycle, if the transmission is carried out by the other antenna "TX2", what happens in this case with respect to wave propagation is that the transmission is carried out by the first antenna, but all reception by said two transmit antennas is carried out. This is equivalent to the case where antennas “RX” are offset by the same amount and in opposite directions. Now if all eight transmit antennas "TX" are activated in turn, a virtual receive array is obtained consisting of eight mutually offset copies of the two arrays "RA1" and "RA2". In this way, significant aperture enlargement is achieved not only in the y-direction but also in the z-direction, resulting in a clearer phase difference and thus clearer angular resolution.
어레이들 "TA1" 및 "TA2" 내의 송신 안테나들이 y 방향으로 서로 오프셋되고, z 방향으로도 서로 상이한 폭으로 오프셋되므로, 가상 어레이 내의 안테나 간격들은 완전히 균일하지는 않다. 이로 인해, 각각의 요구 사항들과 관련하여 가상 어레이를 최적화하기 위한 설계 자유도가 얻어진다. 일반적으로, 가상 안테나들 간의 간격들이 더욱 커짐으로써 개구면의 확대가 달성되는 반면, 간격들이 점점 많이 채워짐으로써 각도 측정 시에 모호성이 발생할 가능성은 감소한다.Since the transmit antennas in arrays “TA1” and “TA2” are offset from each other in the y direction and by different widths in the z direction, the antenna spacings within the virtual array are not completely uniform. This gives design freedom to optimize the virtual array with respect to individual requirements. In general, an enlargement of the aperture is achieved as the gaps between the virtual antennas become larger, while the likelihood of ambiguity in angle measurement decreases as the gaps become increasingly filled.
도 3에 도시된 안테나 배열체(10)에서, 수신 안테나들의 어레이들(RA1 및 RA2)은 회로 기판(16)의 상부 에지 및 하부 에지를 따라 연장되는 반면, 송신 안테나들의 어레이들(TA1 및 TA2)는 회로 기판의 수직 에지들을 따라 연장된다. 따라서, 수신 안테나들의 (실제) 어레이들(RA1 및 RA2)은 이미 y 방향으로 큰 개구면을 가지고 있다. 또한, 송신 안테나들의 어레이들(TA1, TA2)은 y 방향으로 회로 기판(16)의 폭이 허용하는, 서로에 대한 최대의 간격을 가지므로, 방위각에서의 각도 측정을 위한 가상 개구면이 최대화된다. 수신 안테나들의 어레이들(RA1 및 RA2)은 z 방향으로 회로 기판(16)의 높이가 허용하는, 서로에 대한 최대의 간격을 가지고, 이러한 2개 어레이들 간의 간격들은 가상 어레이들에 의해 채워지므로, 회로 기판(16)의 주어진 치수에서 앙각에서의 각도 측정을 위한 개구면도 최대화된다.In the
회로 기판(16) 내부의 나머지 자유 공간이 송신 및 수신 안테나들에 대한 라인들 및 고주파 모듈(18)을 위해 사용되기 때문에, 회로 기판(16) 상에서 가용한 공간이 최적으로 사용되므로, 회로 기판(16)을 위해 주어진 재료 비용에서 최적의 성능이 달성된다.Since the remaining free space inside the
도 4에는 추가의 예시로서, 송신 안테나들의 어레이들(TA1 및 TA2)(도면에서 점선으로 테두리 두른 부분)이 회로 기판(16)의 가용한 전체 높이에 걸쳐 연장되고, 수신 안테나들의 어레이들(RA1 및 RA2)의 서로 대향 배치된 단부들 옆에서 나란히 배열되는, 약간 변형된 안테나 배열체(10')가 도시되어 있다. 이는 z 방향으로의 개구면의 추가 확대를 가능하게 한다.4 , as a further example, arrays of transmit antennas TA1 and TA2 (outlined by dotted lines in the figure) extend across the entire available height of
Claims (5)
송신 안테나들의 2개의 어레이들(TA1, TA2)은 회로 기판(16)의 서로 대향 배치된 2개의 에지들에 인접하게 배열되고, 수신 안테나들의 2개의 어레이들(RA1, RA2)은 회로 기판(16)의 나머지 2개의 에지들에 인접하게 배열되며, 회로 기판(16)의 중앙 영역에서 송신 및 수신 안테나들의 어레이들 사이에서는 하나 이상의 고주파 모듈(18)이 회로 기판 상에 배열되고,
송신 안테나들의 2개의 어레이들(TA1, TA2) 각각은, 회로 기판의 해당 에지에 대해 동일한 간격(dz1, dz2)을 갖도록 배열되는 2개 이상의 송신 안테나들(TX)을 포함하고, 수신 안테나들의 2개의 어레이들(RA1, RA2) 각각은, 회로 기판의 해당 에지에 대해 동일한 간격(dy1, dy2)을 갖도록 배열되는 2개 이상의 수신 안테나들(RX)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 자동차용 MIMO 레이더 센서.A MIMO radar sensor for an automobile having an antenna array (10; 10') on a rectangular circuit board (16) with edges defining the y-direction and z-direction, wherein the antenna array is connected to one of the transmitting antennas (TX). It includes two or more arrays (TA1, TA2) and two or more arrays (RA1, RA2) of receiving antennas (RX), while the transmitting antennas (TX) in each array are offset from each other in the z direction. , the two arrays of transmit antennas (TA1, TA2) are offset from each other in the y direction, and the receive antennas (RX) in each array are offset from each other in the y direction, while the two arrays of receive antennas (RA1, RA2) is an automotive MIMO radar sensor that is offset from each other in the z direction,
Two arrays of transmit antennas (TA1, TA2) are arranged adjacent to two opposing edges of the circuit board 16, and two arrays of receive antennas (RA1, RA2) are arranged adjacent to two opposite edges of the circuit board 16. ), one or more high frequency modules 18 are arranged on the circuit board between the arrays of transmitting and receiving antennas in the central region of the circuit board 16,
Each of the two arrays of transmit antennas (TA1, TA2) includes two or more transmit antennas (TX) arranged with equal spacing (dz1, dz2) relative to the corresponding edge of the circuit board, and 2 of the receive antennas MIMO radar for automobiles, characterized in that each of the arrays (RA1, RA2) includes two or more receiving antennas (RX) arranged to have the same spacing (dy1, dy2) with respect to the corresponding edge of the circuit board. sensor.
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US20080291077A1 (en) | 2007-05-21 | 2008-11-27 | Donald Chin-Dong Chang | Apparatus and method for radar imaging by measuring spatial frequency components |
US20090033556A1 (en) * | 2005-10-17 | 2009-02-05 | Glen Stickley | Synthetic aperture perimeter array radar |
US20140104097A1 (en) | 2010-12-29 | 2014-04-17 | Thomas Binzer | radar sensor for motor vehicles |
US20160131738A1 (en) * | 2013-06-05 | 2016-05-12 | Airbus Defence and Space GmbH | Multi-Functional Radar Assembly |
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20090033556A1 (en) * | 2005-10-17 | 2009-02-05 | Glen Stickley | Synthetic aperture perimeter array radar |
US20080291077A1 (en) | 2007-05-21 | 2008-11-27 | Donald Chin-Dong Chang | Apparatus and method for radar imaging by measuring spatial frequency components |
US20140104097A1 (en) | 2010-12-29 | 2014-04-17 | Thomas Binzer | radar sensor for motor vehicles |
US20160131738A1 (en) * | 2013-06-05 | 2016-05-12 | Airbus Defence and Space GmbH | Multi-Functional Radar Assembly |
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